26 декабря 2022 года находящийся на орбите Марса зонд NASA MAVEN зафиксировал редкое явление — своеобразный провал в солнечном ветре. Это «окно» вызвало взрывное расширение атмосферы Марса. Космическая погода преподнесла очередной сюрприз, изучение которого позволит больше узнать о потенциально обитаемых мирах вокруг далёких звёзд.

Источник изображения: NASA

Интенсивность солнечного ветра — вылетающих с поверхности звезды электронов и ионов водорода — зависит от её активности и конкретного состояния локальных магнитных полей. Изредка бывает так, что звезда испускает частицы с большей силой и скоростью, которые догоняют более медленные массивы частиц, испущенные раньше. Тогда в нашей системе возникают области повышенной и пониженной концентрации частиц солнечного ветра, и это оказывает влияние на атмосферы планет.

Впервые такое влияние было замечено в 1999 году, когда внезапное ослабление солнечного ветра в 100 раз раздуло атмосферу и магнитосферу Земли. При этом надо помнить, что у Земли есть магнитное поле, которое защищает нас от космических частиц, а у Марса его нет. В то же время у Марса есть индуцированное магнитное поле. Оно возникает в процессе взаимодействия солнечного ветра с ионосферой Марса. Это поле и частицы солнечного ветра способна фиксировать аппаратура орбитального зонда NASA MAVEN.

В ходе наблюдения за электромагнитными явлениями вокруг Марса 26 декабря 2022 года было зафиксировано 10-кратное снижение давления солнечного ветра и 100-кратное снижение плотности его частиц. Анализ данных показал, что в это время ионосфера и индуцированное магнитное поле Красной планеты расширились в три раза. Атмосферу Марса как будто взорвало изнутри. Очевидно, будь Марс в системе с менее «ветреной» звездой, его эволюция пошла бы по другому пути.

Опыт с Марсом показывает, насколько важно проводить измерения на месте. Без орбитальных аппаратов у близких и далёких планет мы не сможем получить информацию о процессах подобного рода. Изучение этих процессов в нашей системе даст информацию для моделирования атмосферных явлений у планет в иных звёздных системах и, в целом, позволит лучше моделировать процессы зарождения жизни на других мирах.

Международная группа исследователей при помощи космических телескопов TESS и «Хеопс» разгадала загадку редкой звёздной системы с шестью планетами — она располагается в ста световых годах от Земли, а её изучение поможет раскрыть новые тайны, связанные с формированием планет.

Источник изображений: esa.int

В центре звёздной системы находится похожая на солнце звезда под названием HD110067, а наблюдается она в созвездии Волосы Вероники. Вокруг неё вращаются шесть планет больше Земли, но меньше Нептуна — субнептуны, которые часто встречаются на орбитах солнцеподобных звёзд во Млечном Пути. Планеты, обозначенные буквами от b до g, вращаются в орбитальном резонансе. На каждые шесть витков планеты b, ближайшей к звезде, планета g совершает ровно один оборот. Пока планета c делает три оборота вокруг звезды, планета d делает два. А когда планета e совершает четыре оборота, планета f делает три. Этот гармонический ритм создаёт резонансную цепочку, в которой все они иногда выстраиваются в ряд. Звёздная система сформировалась около миллиарда лет назад, за прошедшее время в ней изменилось очень немногое, и это открытие может пролить свет на эволюцию планет и происхождение распространённых в нашей галактике субнептунов.

Исследователи впервые обратили внимание на эту звёздную систему в 2020 году, когда американский космический телескоп TESS зафиксировал снижение яркости HD110067, что часто свидетельствует о прохождении планеты по диску звезды. На основе полученных в 2020 году данных учёные определили периоды обращения двух планет в этой звёздной системе. Спустя два года TESS снова наблюдал за этой звездой, и его данные показали другие орбитальные периоды планет. Когда данные не сошлись, исследователи решили продолжить наблюдение на другом телескопе — выбор пал на европейский «Хеопс» (CHaracterising ExOPlanet Satellite — CHEOPS), который позволяет наблюдать по одной звезде за раз, тогда как TESS охватывает сразу целый участок неба. При помощи «Хеопса» удалось открыть третью планету, а дельнейшее сопоставление данных его наблюдения с информацией TESS позволило установить присутствие и трёх остальных.

Ближайшая к звезде планета совершает вокруг неё оборот за 9 земных дней, а самой дальней требуется 55. Для сравнения, ближайшая к нашему Солнцу планета Меркурий делает оборот вокруг звезды за 88 земных дней. Учитывая, насколько близки планеты к HD110067, их средние температуры, вероятно, близки к температурам Меркурия и Венеры — согласно оценкам, их диапазон составляет от 167 до 527 °C.

Формирование звёздных систем традиционно характеризуется как достаточно агрессивный процесс. Астрономы считают, что первоначально планеты имеют тенденцию формироваться в резонансе вокруг своих звёзд, но впоследствии гармоническое равновесие нарушается гравитационным влиянием массивных планет, а также столкновениями со звездой и другими объектами. Большинство звёздных систем не находится в резонансе, а системы с несколькими планетами, сохранившие свои первоначальные ритмы, являются большой редкостью, поэтому исследователи хотят детально изучить HD110067 и её планеты. Они считают, что первозданный резонанс сохраняют не более 1 % систем. Всего известны лишь три такие системы с шестью планетами, и две из них за три года своей работы обнаружил «Хеопс» — первой была TOI-178, о которой объявили в 2021 году.

Известна также система TRAPPIST-1, в которой семь планет вращаются вокруг красного карлика — она имеет резонансную цепочку, но наблюдение за ней затруднено из-за небольшой яркости звезды. А вот HD110067 с массой в 80 % солнечной является самой яркой известной звездой, на орбите которой более четырёх планет. Особую ценность системе придают обращающихся вокруг неё шесть субнептунов — они достаточно распространены в нашей галактике, но в Солнечной системе таких планет нет; у астрономов отсутствует единое мнение об их формировании о составе, что придаёт изучению HD110067 большое значение. Первоначальные данные о массе этих планет позволяют предположить, что некоторые из них обладают объёмной, богатой водородом атмосферой, а значит, их можно будет изучать при помощи телескопа «Джеймс Уэбб» (JWST): звёздный свет проникает через их атмосферу, и космическая обсерватория поможет определить состав каждой планеты.

Астрономы впервые наблюдали тепловое свечение, которое возникло в результате разрушительного столкновения двух планет-гигантов в системе звезды ASASSN-21qj, похожей на наше Солнце. В результате этого столкновения, уничтожившего обе планеты, образовалось множество обломков, а также горячий вращающийся объект, размеры которого потенциально в сотни раз превышают размер Земли.

Источник изображения: Mark Garlick / University of Bristol / PA

«Это было очень эффектно. Энергия столкновения превратила остатки в нечто, напоминающее звезду, более тусклую, чем главная звезда системы, но примерно в семь раз большую по размеру и видимую через всю остальную звёздную систему», — рассказал Мэтью Кенворти (Matthew Kenworthy), один из авторов исследования из Лейденской обсерватории в Нидерландах.

Звезда ASASSN-21qj находится на расстоянии 1800 световых лет от Земли. Интерес к ней у Кенворти появился после того, как в декабре 2021 года было замечено, что звезда потускнела необъяснимым образом. Позднее для наблюдения за этой областью использовался инфракрасный космический телескоп Neowise Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства (NASA) США. В результате было установлено, что за 900 дней до того, как звезда потускнела, телескоп фиксировал устойчивое и продолжительное усиление инфракрасного излучения в этой области.

Источник изображения: Jingyao Dou / University of Bristol / PA

Кенворти отмечает, что изначально он искал нечто совершенно иное. Обнаруженное инфракрасное свечение подсказало учёным, что в окрестностях звезды произошло что-то необычное. После детального анализа полученных от телескопа данных исследователи пришли к выводу, что мощное инфракрасное свечение создаёт новый горячий объект, образовавшийся в результате столкновения двух планет, размер каждой из которых сопоставим с размером Нептуна. По подсчётам учёных, вращающийся объект имел температуру около 700 °С в течение примерно трёх лет. Со временем он остынет и сформирует на орбите ASASSN-21qj новую планету.

«Мы впервые наблюдали послесвечение после такого события. Мы и раньше видели обломки и диски, но никогда не видели послесвечения образовавшегося планетарного тела», — рассказал Саймон Лок (Simon Lock), участник исследования из Бристольского университета.

Астрономы намерены продолжить наблюдение за этой областью, чтобы подтвердить предположение о том, что происходит в звёздной системе. По мнению Кенворти, если пылевое облако продолжит вращаться вокруг звезды, то через 5-10 лет оно сместится в сторону от светила, и астрономы смогут увидеть отражённый от частиц пыли свет звезды с помощью самых мощных наземных телескопов. Также не исключается, что для наблюдения за этой областью может быть задействован наиболее современный космический телескоп NASA Джеймс Уэбб (James Webb Space Telescope).

Космическая обсерватория «Джеймс Уэбб» заглядывает не только во времена юности Вселенной. Она поможет также узнать секреты многих уголков нашей родной Солнечной системы. Свежим примером стало наблюдение за спутником Юпитера — Европой, под ледяным щитом которой плещется солёный океан. «Уэбб» ответил на один из ключевых вопросов для оценки вероятности появления жизни на Европе: есть ли на ней углерод и откуда он там взялся?

Источник изображений: NASA

Наблюдение за Европой с помощью камеры ближнего инфракрасного диапазона NIRCam и спектрометра NIRSpec позволили идентифицировать места скопления замороженного углекислого газа (CO₂). Разрешение спектрометра составляет 320 × 320 км на пиксель. Этого оказалось достаточно, чтобы анализ показал сосредоточение кристаллического вещества CO₂ преимущественно в двух областях на Европе: в регионах Тара и Повис (Tara и Powys). И это решает всё: отвечает на вопрос, откуда там появился углекислый газ и может ли быть биологическая жизнь в подлёдном океане малой планеты.

Регионы Тара, Повис и другие на Европе относятся к так называемым видам рельефов, как хаос. Это регионы без чётко определённой структуры поверхности — буквально хаотическое нагромождение всего на всём. На Европе такие регионы возникают в местах предполагаемых мегаполыней, где подлёдный океан тем или иным образом контактирует с внешней средой. Тем самым учёные делают заключение, что углерод попал на поверхность скорее из океана, а не из космоса на кометах или астероидах. В океане углекислый газ мог возникнуть в процессе разложения органики или в ходе иных химических процессов. В любом случае — это повышает шансы когда-нибудь обнаружить в водах океана Европы биологическую жизнь.

Первое слева изображение сделано инфракрасной камерой, все последующие — спектрометром (CO₂ показан белым)

К сожалению, в ходе этих кратковременных наблюдений за Европой учёным не удалось обнаружить бьющих из недр спутника газовых шлейфов или гейзеров. Признаки активного газового обмена — плюмы — ранее были замечены в наблюдениях «Хаббла» за Европой. «Уэббу» с этим не повезло, что наводит на мысль, что плюмы на Европе возникают лишь в определённых ситуациях.

До конца прояснить вопрос с существованием биологической жизни на Европе поможет только бурение и прямой доступ к его океану. Но до этого ещё очень и очень далеко. Больше ясности появится после 2030 года, когда над Европой начнёт кружить автоматическая станция NASA Europa Clipper. Запуск аппарата ожидается в октябре 2024 года. Научная миссия станции начнётся в 2030 году в ходе множества близких пролётов над поверхностью этого спутника Юпитера.

Пятна в атмосферах планет-гигантов — это обычное явление. Мало кто не слышал о знаменитом Большом красном пятне на Юпитере. Но не все они доступны для наблюдения с Земли. Похожее пятно в атмосфере Нептуна обнаружилось только приборами космического аппарата «Вояджер-2» в 1989 году, когда он пролетал рядом с этой далёкой планетой. Позже пятно в атмосфере Нептуна увидел космический телескоп «Хаббл». И лишь теперь его впервые засекли с земного телескопа.

Изображение Нептуна, полученное на четырёх длинах волн. Источник изображения: ESO

Пронаблюдать за загадочным пятном в атмосфере Нептуна удалось с помощью Очень большого телескопа Европейской южной обсерватории, который в виде четырёх разнесённых и синхронизированных оптических телескопов разместился на горе Серро-Параналь в Чили. Более того, команда по изучению атмосферы Нептуна использовала для получения данных многоканальный спектрометр MUSE. Этот прибор позволил разложить отражённый от Нептуна свет на несколько длин волн и, тем самым, рассказал об особенностях его атмосферы на разных высотах.

Новые наблюдения позволили сделать вывод, что пятна — это не просветы в облаках, как на Земле. По всей видимости, это потемнение частиц в атмосфере Нептуна в процессе происходящих там химических и физических процессов. Лёд и аэрозоли смешиваются ниже основного слоя видимой дымки, и это приводит к потемнению ниже уровня дымки.

Также неожиданно вскрылось, что рядом с большим синим пятном в атмосфере планеты на той же высоте обнаружилось яркое пятно, которое не было видно при наблюдении из космоса. Ранее нечто подобное наблюдалось при обнаружении высотных метановых облаков в атмосфере Нептуна, но новое «яркое глубинное облако» оказалось на той же высоте, что и тёмное пятно, а значит, оно имеет другую природу, пока не объяснённую учёными.

Возможность наблюдения за атмосферой Нептуна с Земли позволит астрономам получить больше информации о происходящих там процессах, освободив космические обсерватории для работы с глубинами Вселенной.

Международная группа учёных обнаружила на расстоянии 1400 световых лет от Земли двойную звёздную систему белого и коричневого карликов. Она поможет в изучении ультрагорячих юпитеров — газовых гигантов, расположенных достаточно близко от своих массивных звёзд.

Источник изображений: caltech.edu

Расположенный в системе коричневый карлик имеет температуру 7700 °C, что выше тех 5500 °C, которые отмечаются на поверхности Солнца. Но такой высокий показатель не является «заслугой» самого объекта: коричневый карлик вращается очень близко к своему компаньону — белому карлику WD 0032-317, который подвергает его излучению. Ночная сторона коричневого карлика, обращённая от компаньона, почти на 5700 °C холоднее.

Эта уникальная система поможет учёным больше узнать об экзопланетах, находящихся на небольшом расстоянии от своих звёзд. Интенсивное ультрафиолетовое излучение может лишить такие планеты атмосферы и даже твёрдого вещества. Этот процесс пока изучен слабо, но уникальная система белого и коричневого карлика, которую намного проще наблюдать, во многом повторяет закономерности, свойственные парам звёзд и ульрагорячих юпитеров.

Первоначально систему WD 0032–317 обнаружили в начале двухтысячных в рамках проекта по изучению белых карликов, и на тот момент решили, что таких звёзд в ней две. Белый карлик — это звезда, которая достигла финального этапа своей жизни: расширившись до красного гиганта, она исчерпала запасы топлива, сбросила внешние слои и осталась с горячим инертным ядром. При последующем изучении данных стало ясно, что второй объект относится к классу коричневых карликов.

Коричневые карлики — это уже не планеты, но ещё не звёзды. Они как минимум в 13 раз массивнее Юпитера, но недостаточно массивны, чтобы вырабатывать тепло и давление для превращения водорода в гелий. Это своего рода несостоявшиеся звёзды. Коричневый карлик в этой системе — один из крупнейших среди известных, поскольку его масса составляет от 75 до 88 масс Юпитера. Ошибка в классификации была допущена потому, что при первоначальном наблюдении коричневый карлик был повернут к телескопу стороной, обращённой к белому карлику. При последующем наблюдении к телескопу была обращена ночная сторона объекта.

Астрономов интересует реакция атмосфер горячих юпитеров на интенсивное излучение звезды в той же системе — доходит до того, что молекулы в атмосфере начинают распадаться. Но такие планеты трудно обнаруживать и наблюдать. Этому мешает излучение звёзд-хозяев и их склонность к звёздным бурям: масса планеты измеряется по красному и синему смещениям звёзд, порождаемым гравитационным воздействием планеты. Но это затруднительно сделать, когда звезда быстро вращается и производит вспышки. В некоторой степени их аналогами как раз являются системы из белых и коричневых карликов: первые меньше большинства звёзд, но всё ещё могут выделять достаточно тепла, чтобы сжигать своих компаньонов; а вторые имеют примерно те же размеры, что горячие юпитеры.

Система WD 0032–317 также интересна с позиции изучения эволюции звёзд. Температура белого карлика пока достаточно высока — она указывает, что в таком статусе звезда пребывает «всего» около миллиона лет. При массе 0,4 от массы Солнца такой звезде потребовалось бы слишком много времени, чтобы стать белым карликом — больше возраста самой Вселенной. Учёные предполагают, что раньше два объекта находились в одной газовой оболочке, и в какой-то момент газовый гигант поглотил своего компаньона. Коричневый карлик, в свою очередь, вероятно, помог главной звезде утратить часть своей массы и ускорил её превращение в белого карлика.

Потрясающее изображение скопления материи вокруг звезды V960 Mon, светящегося ярко-голубым цветом в центре золотых «крыльев» из газа и пыли, было создано совместными наблюдениями с Очень Большого Телескопа (VLT) и Атакамской большой антенной решётки миллиметрового диапазона (ALMA). Изучение пылевых сгустков вокруг звезды V960 Mon, расположенной в 5000 световых лет от Солнца, в созвездии Единорога, покажет, как рождаются газовые планеты-гиганты, подобные Юпитеру.

Источник изображений: ESO/ALMA/Weber

Астрономы впервые обратили внимание на молодую звезду в 2014 году, когда она неожиданно увеличила яркость примерно в 20 раз по сравнению с обычной величиной. Наблюдения с помощью инструмента VLT Spectro-Polarimetric High-contrast Exoplanet REsearch (SPHERE) были проведены вскоре после этой вспышки, благодаря чему учёным удалось получить изображения звёздной системы с беспрецедентным уровнем детализации. «Это открытие действительно захватывающее, поскольку оно знаменует собой самое первое обнаружение скоплений вокруг молодой звезды, которые потенциально могут породить планеты-гиганты», — говорится в заявлении наблюдателя Алисы Зурло (Alice Zurlo) из чилийского университета Диего Порталеса.

Исследования показали, что газопылевое облако вокруг V960 Mon, образует серию сложных спиральных рукавов, которые простираются на расстояния, превышающие размер Солнечной системы. Это открытие было подтверждено с помощью ALMA. В то время как VLT и SPHERE предоставили детализированные изображения поверхности сгустков пыли и газа, ALMA смогла «заглянуть» глубже, раскрывая астрономам внутреннюю структуру системы и механизм формирования газового гиганта.

«При использовании ALMA стало очевидно, что спиральные рукава подвергаются фрагментации, что приводит к образованию сгустков с массами, подобными массам планет», — сказал Зурло. «Наша группа искала признаки формирования планет более десяти лет, и мы очень взволнованы этим невероятным открытием», — поддержал его исследователь чилийского университета Сантьяго Себастьян Перес (Sebastián Pérez).

Астрономы называют два способа формирования газовых планет-гигантов. Первый — аккреция, процесс приращения массы небесного тела путём гравитационного притяжения материи из окружающего пространства. Второй — гравитационная неустойчивость, при которой сверхплотные участки протопланетного диска из газа и пыли вокруг звезды коллапсируют.

Объединённые изображения, полученные с помощью ALMA и SPHERE, дали астрономам первые свидетельства наблюдения механизма формирования газового гиганта. «Никто никогда до сегодняшнего дня не проводил реального наблюдения гравитационной нестабильности, происходящей в планетарных масштабах», — заявил руководитель чилийского исследовательского университета Сантьяго Филипп Вебер (Philipp Weber).

Слева — изображение с VLT, справа — с ALMA

Команда чилийских астрономов намерена продолжить изучение процесса формирования этой планетарной системы при помощи Чрезвычайно Большого Телескопа (ELT), который в настоящее время строится в районе пустыни Атакама на севере Чили. Новый телескоп поможет раскрыть «секреты» V960 Mon, скрытые от VLT и ALMA, включая химический состав газопылевых облаков вокруг звезды.